Le marché mondial des quartz, oscillateurs et produits de timing est extrêmement défragmenté et représente environ six milliards de dollars US. Il existe de nombreux fournisseurs et des solutions très diverses. Ce rapport donne des informations sur les produits tendance bon marché et peut servir de guide pour les nouveaux développements.
Le marché du smart clocking est divisé en trois sous-secteurs : environ 1/3 est couvert par le marché du quartz, environ 1/3 par le marché des oscillateurs (oscillateurs d'horloge) et environ 1/3 par le marché du timing (par exemple 32,768 kHz, TCxOs, OCxOs, Differential). Depuis plus de 20 ans, Petermann-Technik (orthographe propre : PETERMANN-TECHNIK) est actif sur le marché en tant que partenaire hautement spécialisé dans les composants déterminant la fréquence et offre, en plus d'un large et profond portefeuille de produits, un vaste service de conception (design-in-service), avec pour objectif de tout proposer au client d'une seule main et de lui permettre un time-to-market très rapide.
[caption id="attachment_315" align="alignright" width="300"]
Image 1 : Petermann-Technik propose une vaste gamme de produits "Frequency Controlled Products" en combinaison avec des services d'ingénierie et de logistique[/caption]
.
Ces dernières années, on a assisté à une forte évolution des grands quartz THT et CMS disponibles dans des boîtiers métalliques (séries HC-49/U, HC-49/US, HC-49/US-SMD) vers le domaine des quartz CMS miniaturisés dans des boîtiers en céramique. Le besoin de quartz oscillants à haute fréquence dans des boîtiers plus petits a en outre stimulé cette tendance. Actuellement, le
quartz SMD en boîtier céramique 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad (série SMD03025/4), disponible dans la gamme de fréquences de 8,0 à 64,0 MHz (ton fondamental AT), est le quartz SMD miniaturisé le plus demandé et le moins cher. Avec la série SMD03025/4, Petermann-Technik propose des solutions adaptées à chaque application (image 2). Ces quartz à résistance optimisée offrent un comportement transitoire optimal dans les plages de température de travail définies et peuvent être livrés sur demande avec un niveau de drive allant jusqu'à 500 µW (dans la plage de fréquence de 12 à 64 MHz).
Des solutions sont disponibles dans une plage de température allant jusqu'à -55 à +125 °C. Normalement, les quartz ne peuvent pas être traités par ultrasons. Une autre particularité dans la gamme de produits des quartz SMD 3,2 mm x 2,5 mm/4 pad sont les
quartz 3,2 mm x 2,5 mm/4 pad de la série SMD03025/4US, spécialement développés pour le soudage par ultrasons
.
[caption id="attachment_417" align="alignright" width="300"]
Figure 2 : Les réductions de prix des quartzs SMD dans des boîtiers en céramique ont poussé à l'abandon des grands quartzs THT et SMD dans des boîtiers métalliques. Le quartz de 3,2 mm × 2,5 mm de la série SMD03025/4 est le seul au monde à pouvoir être utilisé dans des produits finis scellés par ultrasons.[/caption]
Au cours des dernières années, le boîtier 2,5 mm x 2,0 mm/4-pad s'est développé parallèlement au SMD03025/4, mais il ne s'est jamais vraiment imposé. Ceux qui trouvent le boîtier 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad trop grand peuvent se rabattre sur le
boîtier 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad de la série SMD02016/4. Le boîtier 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad est considéré comme le nouveau boîtier tendance pour les très petites applications et fait l'objet d'une demande croissante, si bien que les prix des quartz dans ce boîtier ont déjà baissé. Même dans le boîtier 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad, les designs de quartz optimisés en termes de résistance sont conçus pour une réponse transitoire optimale. Le développeur peut recourir à des versions avec un niveau de drive allant jusqu'à 400 µW.
Pour les quartzs de 32,768 kHz, les boîtiers de plus en plus petits sont également demandés (image 3). La plus petite version, avec des dimensions de 1,2 mm x 1,0 mm, est sur le point d'être lancée sur le marché.
Les quartzs 32,768 kHz en boîtier 3,2 mm x 1,5 mm (série M3215) et
2,0 mm x 1,2 mm (série M2012) à résistance réduite sont également très demandés. Les quartzs 32,768 kHz à faible résistance, tout comme les versions standard, sont disponibles avec des capacités de charge de 4 à 12,5 pF dans une plage de température de -40 à +125 °C. De nombreuses versions sont disponibles en stock ou peuvent être livrées dans des délais très courts. Le développeur peut choisir entre deux tolérances de fréquence à +25 °C : ±10 ppm (en option) ou ±20 ppm (standard).
Chez Petermann-Technik, la gamme de produits des oscillateurs est également en plein essor, en particulier dans le domaine des
oscillateurs au silicium. Les développeurs exigent de plus en plus de solutions très petites, extrêmement durables et très précises dans des plages de température toujours plus élevées. En raison de la technologie, le quartz ne peut plus répondre à ces exigences. Le circuit du quartz nécessite deux capacités externes qui prennent de la place sur le PCB. D'autre part, la résistance augmente avec des boîtiers de plus en plus petits, ce qui réduit le temps d'oscillation. De plus, pour les quartz MHz, la plus petite tolérance de fréquence se situe à +25 °C ±10 ppm, respectivement les stabilités de température à ±10 ppm de -20 à +70 °C, ±15 ppm de -40 à +85 °C, ±30 ppm de -40 à +105 °C et ±50 ppm de -40 à +125 °C. Selon la version, le vieillissement du quartz est de ±10 ppm maximum après dix ans. Par exemple, un oscillateur à horloge en silicium standard disponible en stock dans un boîtier de 2,0 mm × 1,6 mm/4 pads a une stabilité de fréquence de ±20 ppm entre -40 et +85 °C (ce qui inclut la tolérance de fréquence à +25 °C, la stabilité de température au-dessus de -40 à +85 °C, le vieillissement après la première année, ainsi que les changements de fréquence provoqués par les tolérances
VDDet de charge) avec un vieillissement de ±3 ppm après dix ans.
[caption id="attachment_433" align="alignright" width="300"]
Figure 3 : Les quartzs de 32,768 kHz sont disponibles en stock dans les boîtiers les plus divers, y compris en versions basse résistance pour les applications industrielles et automobiles.[/caption]
Des versions d'oscillateurs au silicium standard sont disponibles à partir de ±10 ppm de -40 à +85 °C, respectivement ±20 ppm de -55 à +125 °C, avec une très faible gigue. En outre, les oscillateurs peuvent piloter des charges allant jusqu'à 15 pF, de sorte qu'un oscillateur peut cadencer simultanément plusieurs CI à la même fréquence (figure 4).
Outre les
oscillateurs à quartz(xO,
TCxO,
VC-TCxO,
VCxO,
OCxO), la gamme comprend également des oscillateurs au silicium. Les oscillateurs au silicium sont des semi-conducteurs et utilisent un micro-résonateur au silicium à très haute fréquence.
faible énergie d'oscillation pour la génération d'horloge. Grâce à cela et à la technologie analogique CMOS-IC, il est non seulement possible de fabriquer de très petites versions, mais les performances de ces oscillateurs en silicium bon marché sont également très bonnes. Le MTBF est de 1140 millions d'heures (FIT 0,88), ce qui constitue le meilleur score du secteur. Par rapport aux oscillateurs à quartz, les oscillateurs en silicium sont 30 fois moins sensibles aux chocs et aux vibrations et 54 fois moins sensibles aux champs électromagnétiques externes.
[caption id="attachment_434" align="alignright" width="300"]
Image 4 : Chaque oscillateur à quartz possible est inclus dans la gamme de produits de Petermann-Technik[/caption]
.
De plus, le vieillissement est dix fois moins important. Selon le modèle, les oscillateurs en silicium peuvent par exemple être alimentés pendant dix ans par une pile bouton. Les oscillateurs en silicium innovants sont des dispositifs de smart-clocking et sont compatibles pin-to-pin avec les oscillateurs en quartz et MEMS.
Pour les nouveaux développements et le remplacement des oscillateurs à quartz et MEMS, les oscillateurs en silicium SMD sont le meilleur choix et le plus durable. En outre, les spécialistes de Petermann-Technik peuvent montrer comment un dimensionnement approprié de l'oscillateur permet de réaliser de multiples économies. La gamme de produits des oscillateurs en silicium comprend entre autres
des oscillateurs à très faible puissance (kHz + MHz), des oscillateurs
à horloge à faible puissance, des
oscillateurs ultra-performants, des
oscillateurs différentiels,
des oscillateurs à spectre étalé, des TC et VCTCxO, des
oscillateurs à haute température (des versions allant jusqu'à +155 °C sont actuellement testées), des oscillateurs à haute précision (série Splendid) ainsi que
des oscillateurs automobiles (AECQ100).OSCILLATEURS À HORLOGE EN SILICIUM À FAIBLE PUISSANCE
Le sous-segment
des oscillateurs silicium basse puissance comprend des versions à gigue optimisée dans la gamme de fréquences de 1,0 à 137,0 MHz avec des stabilités thermiques de ±20 ppm de -40 à +85 °C (série LPO), à partir de ±20 ppm, de -40 à +105 °C jusqu'à -55 à +125 °C (série HTLPO) ainsi que
des oscillateurs automobiles AEC100 des séries LPO-AUT (-40 à +85 °C) et HTLPO-AUT (-40 à +105 °C ainsi que -55 à 125 °C). Le MTBF est de 1140 millions d'heures. La technologie innovante CMOS-IC de ces oscillateurs permet par exemple, via la fonction dite Soft-Level, d'améliorer nettement le comportement CEM des versions correspondantes. Avec un allongement du Rise/Fall Time jusqu'à 45%, l'atténuation CEM à la 11e harmonique est de plus de -60 dB. Une valeur énorme pour une adaptation aussi simple et gratuite pour le client de
trise et
tfall.
[caption id="attachment_435" align="alignright" width="300"]
Figure 5 : Les oscillateurs à base de semi-conducteurs en silicium sont très bon marché, variables et extrêmement durables. Ils remplacent les quartz oscillants et les oscillateurs à quartz dans un nombre croissant d'applications[/caption]
.
Bien que les
oscillateurs silicium basse puissance soient disponibles dans différents boîtiers standard allant de 2,0 × 1,6 mm à 7,0 × 5,0 mm, pour les nouveaux développements, le concepteur d'applications se voit proposer la version d'oscillateur correspondante dans un boîtier de 2,0 mm × 1,6 mm ou au maximum de 2,5 mm × 2,0 mm, avec la très large plage de tension d'alimentation de 2,25 à 3,63
VDC (-xx- dans la désignation de l'article), la stabilité de fréquence de ±20 ppm de -40 à +85 °C, ±30 ppm de -40 à +105 °C, ±30 ppm de -40/+125 °C et ±50 ppm de -55 à +125 °C, est proposé avec sa fréquence souhaitée. La fonction de la broche 1 est le stand-by. Même si la fonction de veille n'est pas obligatoire. La raison : le coût de câblage de la broche 1 est très faible par rapport à l'économie de prix possible. Normalement, les quantités en stock avec la fonction stand-by sont plus importantes, ce qui permet de livrer à très court terme et à un prix avantageux. Les oscillateurs sans fonction de veille sur la broche 1 sont généralement fabriqués sur commande dans la quantité nécessaire, ce qui est normalement beaucoup plus cher. Si jamais il n'y a pas de quantité disponible en stock de l'oscillateur souhaité, le délai de livraison standard est de quatre à six semaines maximum, même pour les produits spécifiques au client (figure 5).
OSCILLATEURS EN SILICIUM ULTRA-PERFORMANTS
Les
oscillateurs Ultra Performance , disponibles dans une plage de fréquences de 1,0 à 220 MHz, disposent également de la fonction SoftLevel déjà décrite. Les CI CMOS permettent une gigue réduite de 0,5 ps dans la bande passante d'intégration de 12 kHz à 20 MHz, de sorte que ces oscillateurs peuvent être utilisés dans toutes les applications où la gigue est critique. Les
oscillateurs ultra-performants au silicium sont disponibles avec des stabilités de fréquence allant jusqu'à ±10 ppm entre -40 et +85 °C. Le vieillissement est de ±5 ppm après dix ans.
OSCILLATEURS DIFFÉRENTIELS AU SILICIUM
Classiquement, les
oscillateurs différentiels disponibles dans la gamme de fréquences de 1,0 à 725 MHz ne sont plus exclusivement utilisés dans les applications télécoms, neworking, vidéo, stockage et serveurs, mais de plus en plus dans les applications automobiles (AECQ100). Les oscillateurs différentiels offrent des signaux de sortie LVPEC, LVDS ou HCSL avec une gigue typique de 0,23 ps (156,25 MHz à 12 kHz - 20 MHz). Les stabilités de fréquence sont disponibles à partir de ±10 ppm de -40 à +85 °C, ou de ±25 ppm de -40 à +105 °C pour les versions automobiles.
Les oscillateurs différentiels au silicium sont disponibles dans des boîtiers standard à six pôles de 3,2 × 2,5 mm, 5,0 × 3,2 mm et 7,0 × 5,0 mm, avec des tensions d'alimentation comprises entre 2,25 et 3,63
VDC.
TCXOS ET VC-TCXOS
Si le développeur n'a pas besoin de plages de tension de commande de fréquence extrêmement larges, allant jusqu'à 1600 ppm, les
TCxO et
VC-TCxO à base de quartz dans la plage de fréquence de 9,6 à 60 MHz sont toujours le meilleur choix et le plus avantageux. Disponibles dans des boîtiers en céramique de 3,2 mm × 2,0 mm, 2,5 mm × 2,0 mm, 2,0 mm × 1,6 mm ou même 1,6 mm × 12 mm, ces oscillateurs de haute précision présentent en standard une stabilité thermique de ±0,5 ppm entre -40 et +85 °C et un vieillissement de ±1,0 ppm après la première année. La plage de tension d'alimentation est de 1,6 à 3,63
VDC. Le boîtier en céramique de 2,5 mm × 2,0 mm est le moins cher et est recommandé pour une utilisation dans les nouveaux développements, sauf si un boîtier plus petit est nécessaire.
OSCILLATEURS À ULTRA FAIBLE PUISSANCE DE 32,768 KHZ
Seule une horloge système de 32,768 kHz très précise et à réponse rapide permet une communication de données ou une détermination de la position très rapide et économe en énergie après le mode veille. Un
oscillateur au silicium de 32,768 kHz permet d'économiser plus de 50 % d'énergie dans une solution fonctionnant sur batterie et basée sur la technologie de veille prolongée. Une pile bouton, par exemple, peut fournir jusqu'à dix ans d'énergie à une application alimentée par un
oscillateur ultra basse consommation de 32,768 kHz.
De nombreux produits finaux utilisent la technologie de veille prolongée, notamment les wearables, les unités de communication Bluetooth à faible énergie (BLE) pour le commerce, l'industrie et l'automobile, les applications IoT, le GPS (commerce et automobile), la communication M2M, les trackers personnels et les systèmes médicaux de surveillance des patients, les compteurs intelligents, la domotique, le sans-fil, etc. Dans ces applications, la plus grande partie de l'énergie est consommée par le mode de synchronisation, qui consomme beaucoup d'énergie et doit très souvent être effectué dans des fenêtres de temps définies. Dans de telles applications, on utilise généralement un
quartz MHz de haute précision pour la radio et deux
quartz 32,768 kHz pour la synchronisation de l'
horloge RTC de la puce BLE et d'un µC. En raison de sa technologie, un quartz de 32,768 kHz a un très mauvais comportement thermique et la fréquence est immédiatement déformée par les capacités parasites ou les changements de capacité dans le circuit, de sorte que la dérive de fréquence d'un 32,768 kHz est très importante. En conséquence, il faut souvent procéder à une synchronisation qui consomme beaucoup d'énergie.
Grâce à l'utilisation d'
oscillateurs Ultra Low Power 32,768 k Hz (séries ULPO-RB1, ULPO-RB2 et ULPPO), ce n'est plus le cas, car les oscillateurs Ultra Low Power 32,768 kHz, disponibles à partir d'une stabilité thermique de ±5 ppm dans la plage de -40 à +85 °C, permettent à l'application d'être synchronisée beaucoup moins souvent (extension considérable du temps d'hybernation), ce qui économise plus de 50 % de l'énergie du système. De plus, la carte peut être réduite, car un oscillateur de 32,768 kHz de 1,5 mm × 0,8 mm peut verrouiller simultanément l'horloge temps réel et le µC et est 85 pour cent plus petit qu'un quartz de 32,768 kHz de 2,0 mm × 1,2 mm, avec des capacités de circuit externes.
Les
oscillateurs ultra-basse consommation 32,768 kHz, disponibles dans une plage
VDD de 1,5 à 3,63
VDC, ont une consommation de courant inférieure à 1 µA selon le modèle et permettent en outre une oscillation très rapide et sûre des CI à cadencer.
Plus d'informations sous :
Quartzs oscillantsOscillateurs à quartzOscillateurs au siliciumSolutions de 32.768 kHz
ou
Quartzs oscillants SMD & THT, oscillateurs et produits de timing
Questions techniques :
Téléphone : 0 81 91 / 30 53 95
E-mail :
info@petermann-technik.de 
